大約九百萬年前，在後來被稱為南美洲的地方，安地斯山脈仍在隆起，植被茂盛，人類尚未出現，但有兩種植物已經出現了。

「更確切地說，是兩個植物種群，」倫敦自然歷史博物館的植物學家桑德拉·納普（Sandra Knapp）博士說。

她補充道：「它們是我們今日所所知的番茄（Solanum lycopersicum）以及一類植物——無塊莖茄屬（Solanum etuberosum）的祖先，茄屬植物目前僅存的三個物種分布於智利及胡安·費南德斯群島。」

正如你可能從它們的名字中註意到的那樣，它們是近親，並且會雜交。

「基因重組創造了一種全新的植物，」納普博士說道，「這使得它們能夠在安第斯山脈寒冷乾燥的環境中茁壯成長。」

專家稱之為種間雜交，這種現象經常發生，有時甚至會帶來不幸的後果。

例如，騾子是由一匹母馬和一匹公驢的親密結合而誕生的。雖然它是一種成功的雜交品種，自古以來就備受珍視，但它缺乏繁殖能力。

納普博士說，在植物界，物種間雜交經常發生——我們花園裡的植物通常就是透過雜交獲得的。

雜交可以自然發生，也可以透過人為幹預，創造出兼具雙親基因的植物。

「有時它們是不孕的，所以它們不會發育成新的種群，」她說。

但當各種條件都理想時，結合的結果可能會超出預期。

這就是這裡發生的事情。數百萬年前，茄科植物的兩個物種偶然相遇，孕育出了馬鈴薯。

「像馬鈴薯這樣我們日常生活中不可或缺的重要食物，竟然有著如此古老而非凡的起源，真是令人著迷，」納普博士說。

「番茄是『母親』，馬鈴薯組（etuberosum）是『父親』，」中國農業科學院教授黃三文說。他領導了一項國際研究，該研究於7月發表在《細胞》雜誌上。

解開一個長期存在的謎團

起點是已知的。

雖然在市場上看到的馬鈴薯——堅硬且富含澱粉——看起來與紅色多汁的西紅柿不太一樣——但「它們非常非常相似，」參與這項研究的納普博士說。

根據這位科學家介紹，馬鈴薯的葉子和花朵非常相似，馬鈴薯植株的果實甚至看起來像一個小小的綠色番茄。

「除了我們所看到的之外，我們很久以前就知道馬鈴薯、番茄和馬鈴薯組（etuberosum）是近親，」她說。「我們不知道哪一個與土豆最接近，因為不同的基因告訴我們不同的故事。」

科學家花了數十年時間試圖解開這種廣受歡迎的塊莖植物的起源之謎，但他們遇到了一個難題：馬鈴薯的基因結構非常特殊。

包括人類在內的大多數生物物種每個細胞都有兩套染色體，而馬鈴薯卻有四套。

為了解決這個悖論，研究小組分析了數十個物種（包括馬鈴薯、番茄和馬鈴薯）的120多個基因組（即一個細胞中存在的完整基因或遺傳物質）。

他們定序的馬鈴薯基因組顯示出大致相同的番茄-馬鈴薯分裂現象。

納普博士強調，馬鈴薯的祖先「並非非此即彼，而是兩者兼具」。

研究人員便是在數百萬年前南美山脈的山麓地帶，發現了這段「浪漫關係」的線索。

納普博士解釋說，這是一次成功的結合，是「因為它產生的基因組合使得這個新的譜系能夠在安第斯山脈新建的高海拔棲息地中繁衍生息」。

這主要歸功於一項關鍵特徵，儘管地上部分的馬鈴薯植物外觀與其親代相似，但它們擁有一項前所未見的隱藏特性——塊莖。

擁有塊莖就如同隨身攜帶一個午餐盒，能儲存能量，有助於植物在冬季、乾旱或其他不利的生長環境中存活。

基因彩票

科學家也發現了一些令人著迷的事：長出塊莖的植物就像中了基因彩票。

事實證明，它們的祖先都攜帶著對塊莖形成至關重要的基因。

任何基因單獨存在都不足以構成完整的塊莖，但當它們結合在一起時，就能觸發一個過程，將地下莖轉化為美味的馬鈴薯。

納普博士所在的中國團隊甚至成功證明了這一點。

「他們做了許多非常精妙的實驗，敲除這些基因來證實他們的假設，」她說，「沒有這些基因，塊莖就不會形成。」

創造馬鈴薯的雜交不僅僅是一個美好的意外——它創造了一個新的器官。

而這個器官，也就是土豆，標示著一項進化壯舉。

它的存在使得植物無需種子或傳粉媒介就能繁殖。

它能夠適應各種海拔和環境條件，從而帶來了多樣性的爆發式增長。

納普博士指出：「即使到了今日，仍有超過一百種野生物種僅分布於美洲，範圍從美國西南部延伸至智利與巴西。」

漏洞

然而，這種無性繁殖的能力也對馬鈴薯造成了傷害。

「為了種植馬鈴薯，你需要種植小塊的馬鈴薯，這意味著如果你的田地裡只有一個品種，它們本質上就是克隆的，」納普博士解釋說。

基因單一意味著沒有任何馬鈴薯植株能夠抵抗新的疾病。

這就引出了科學家進行這項研究的原因。

根據納普博士介紹，中國團隊希望培育出可以透過種子繁殖並進行基因改造的馬鈴薯。

他們希望透過引入野生物種的基因，創造出能夠更好地抵禦環境挑戰的品種。

「我和參與這項研究的其他演化生物學家都想知道馬鈴薯的近親是誰，以及它們為何如此多樣化，」她說。

「因此，我們從非常不同的角度進行這項研究，並能夠從各自的角度提出問題，這使得參與和開展這項研究非常有趣。」

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